Что такое электрический привод
Электропривод
Электрический привод (сокращённо — электропривод) — это электромеханическая система для приведения в движение исполнительных механизмов рабочих машин и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса.
Современный электропривод — это совокупность множества электромашин, аппаратов и систем управления ими. Он является основным потребителем электрической энергии (до 60 %) и главным источником механической энергии в промышленности.
Содержание
Виды электроприводов
Подбор электродвигателя
Качество работы современного электропривода во многом определяется правильным выбором используемого электрического двигателя, что в свою очередь обеспечивает продолжительную надёжную работу электропривода и высокую эффективность технологических и производственных процессов в промышленности, на транспорте, в строительстве и других областях.
При выборе электрического двигателя для привода производственного механизма руководствуются следующими рекомендациями:
Правильный выбор типа, исполнения и мощности электрического двигателя определяет не только безопасность, надёжность и экономичность работы и длительность срока службы двигателя, но и технико-экономические показатели всего электропривода в целом.
Алгоритм выбора электропривода
Принцип действия исполнительных механизмов не является ключевым фактором выбора электропривода, ключевыми в данном случае являются характеристики технологического процесса, которые должен обеспечить механизм. Этому же условию должен соответствовать и электропривод.
Например алгоритм выбора технических специалистов, обслуживающих технологические процессы, в которых исполнительным механизмом является трубопроводная арматура, будет следующим:
Следует иметь ввиду, что не может быть универсального электропривода. В качестве примера, приведём средний медеплавильный цех: цех имеет несколько анодных печей, печи работают в разных режимах: загрузка, плавление, восстановление, окисление и это неполный перечень. Требуемые характеристики механизмов для этих режимов различны, на каждом процессе бывает задействована различная группа приводной арматуры. Диаметры разнятся от 200 до 900 мм, различны и подающиеся среды – мазут, газ, воздух и проч., температурные режимы так же изменяются.
С другой стороны, конструкция электропривода может быть модульной, части привода могут свободно меняться, причём блоки разных исполнений должны быть по возможности унифицированы и легко заменяться.
Для некоторых механизмов, работающих в повторно-кратковременном режиме (краны, лифты), большую часть рабочего цикла двигатель работает на естественной характеристике и только относительно небольшое время работает на регулировочной характеристике, обычно на пониженной частоте вращения. В этом случае потери электроэнергии на регулировочной характеристике, сравнительно невелики, так как невелико время работы на ней. Поэтому здесь можно применять простые и дешёвые способы регулирования, даже если они вызывают повышенные потери мощности в обмотках.
Основными типами электродвигателей, которые используются для привода производственных механизмов с регулируемой скоростью движения рабочего органа, являются двигатели постоянного тока и асинхронные с короткозамкнутым или фазным ротором. Наиболее просто требуемые искусственные характеристики получаются у двигателей постоянного тока, поэтому до недавнего времени они преимущественно и находили применение для регулируемых электроприводов. С другой стороны, асинхронные двигатели, уступая двигателям постоянного тока по возможностям регулирования частоты вращения, по сравнению с последними проще в изготовлении и эксплуатации и имеют относительно меньшие массу, размеры и стоимость. Именно эти отличительные свойства асинхронных двигателей определили их главенствующее использование в промышленном нерегулируемом электроприводе. [1]
Число выпускаемых двигателей постоянного тока составляет лишь 4-5% числа двигателей переменного тока.
Современные российские производители электроприводов
Проблема регулирования скорости движения машин и механизмов с целью экономии электроэнергии решалась в последние десятилетия в основном с помощью регулируемых электроприводов. Причём, если ещё в 70-80-х годах преобладающими были регулируемые электроприводы постоянного тока, то в настоящее время они повсеместно вытесняются регулируемыми электроприводами переменного тока, как правило, с асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором. Объясняется это достижениями микроэлектроники, позволяющими реализовать небольшими аппаратными затратами довольно сложные алгоритмы управления электродвигателем переменного тока, который в общем случае предпочтительнее двигателя постоянного тока по надёжности, массе, габаритам и стоимости.
В статье А. Колпакова дан полный обзор российских производителей электроприводов.
Что такое электрический привод
Любая машина состоит из трех основных частей: двигателя, передаточного механизма к исполнительного органа. Для того чтобы технологическая машина выполняла свои функции, её исполнительные органы должны выполнять вполне определенные перемещения, которые осуществляются с помощью привода.
В процессе развития промышленного производства электрический привод занял в промышленности и в быту первое место по количеству и суммарной установленной мощности двигателей. В любом электроприводе можно выделить силовую часть, по которой энергия передается от двигателя исполнительному органу, и систему управления, обеспечивающую требуемое его перемещение по заданному закону.
Определение электропривода с развитием техники уточнялось и расширялось как в сторону механики, так и в сторону систем управления. В изданной в 1935 году книге «Применение электродвигателей в промышленности» профессором Ленинградского индустриального института В. К. Поповым было приведено следующее определение регулируемого электропривода: «Регулируемым двигателем и приводом мы называем такой, у которого можем менять скорость независимо от нагрузки».
Расширение областей применения и функций электрических приводов при комплексной автоматизации производственных процессов потребовало уточнения и расширения понятия «электропривод». На 3-й конференции по автоматизации производственных процессов в машиностроении и автоматизированному электроприводу в промышленности, состоявшейся в Москве в мае 1959 года, было использовано следующее определение: «Электропривод — комплексное устройство, осуществляющее преобразование электрической энергии в механическую энергию и обеспечивающее электрическое управление преобразованной механической энергией».
В 1974 году в учебном пособии «Основы автоматизированного электропривода» Чиликина М.Г. и других авторов было дано следующее определение: «Электрическим приводом называется электромеханическое устройство, предназначенное для электрификации и автоматизации производственных процессов, состоящее из преобразовательного, электродвигательного, передаточного и управляющего устройств».
От передаточного устройства механическая энергия передается непосредственно исполнительному, или рабочему органу производственного механизма. Электропривод осуществляет преобразование электрической энергии в механическую энергию и обеспечивает электрическое управление преобразованной энергией в соответствии с технологическими требованиями к режимам работы производственного механизма.
В 1977 году в политехническом словаре, изданном под редакцией академика И.И. Артоболевского, было приведено следующее определение: «Электрический привод — электромеханическое устройство для приведения в движение механизмов и машин, в котором источником механической энергии служит электродвигатель. Электропривод состоит из одного или нескольких электродвигателей, передаточного механизма и аппаратуры управления».
Современные электроприводы отличаются высокой степенью автоматизации, что позволяет им работать в наиболее экономичных режимах и воспроизводить с высокой точностью требуемые параметры движения исполнительного органа машины. Поэтому в начале 1990-х годов понятие электропривода бы расширено в область автоматизации.
В ГОСТ Р50369-92 «Электроприводы. Термины и определения» приведено следующее определение: «Электропривод — электромеханическая система, состоящая в общем случае из взаимодействующих преобразователей электроэнергии, электромеханических и механических преобразователей, управляющих и информационных устройств и устройств сопряжения с внешними электрическими, механическими, управляющими и информационными системами, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса».
В учебнике В.И. Ключева «Теория электропривода», изданном в 2001 году, дано следующее определение электрического привода как технического устройства: «Электрическим приводом называется электромеханическое устройство предназначенное для приведения в движение рабочих органов машин и управление технологическими процессами, состоящее из передаточного устройства, электродвигательного устройства и управляющего устройства». При этом приводятся следующие пояснения назначения и состав различных частей электропривода.
Передаточное устройство содержит механические передачи к соединительные муфты, необходимые для передачи вырабатываемой двигателем механической энергии исполнительному механизму.
Преобразовательное устройство предназначается для управления потоком электрической энергии, поступающим из сети в целях регулирования режимов работы двигателя и механизма. Оно представляет собой энергетическую часть системы управления электроприводом.
Управляющее устройство представляет собой информационную слаботочную часть системы управления, предназначенную для сбора и обработки поступающей информации о задающих воздействиях, состоянии системы и выработки на её основе сигналов управления преобразовательным электродвигательным устройствам.
В общем случае понятие «электропривод» может иметь два толкования: электропривод как совокупность различных устройств и электропривод как раздел науки. В учебном пособии для вузов «Теория автоматизированного электропривода», изданном в 1979 году, отмечается, что «теория электропривода как самостоятельная наука родилась в нашей стране». Началом её зарождения можно считать 1880 год, когда в журнале «Электричество» была опубликована статья Д. А. Лачинова «Электромеханическая работа», в которой впервые были обоснованы преимущества электрического распределения механической энергии.
Электропривод является энергетической базой индустриализации технологических процессов в промышленном производстве. Темпы его внедрения высоки. Электропривод потребляет более 60 % всей вырабатываемой электроэнергии.
Совершенствование электроприводов в настоящее время осуществляется в направлении повышения их производительности, надежности, экономичности, точности работы, снижения удельных и массогабаритных показателей отдельных устройств и электромеханических систем в целом. На всех этапах совершенствования электротехники достижение электроприводом требуемых показателей сопровождалось развитием его теоретических основ.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Электрический привод
Электрический привод (сокращённо — электропривод) — это электромеханическая система для приведения в движение исполнительных механизмов рабочих машин и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса.
Современный электропривод — это совокупность множества электромашин, аппаратов и систем управления ими. Он является основным потребителем электрической энергии (до 60 %) [1] и главным источником механической энергии в промышленности.
Как видно из определения, исполнительный орган в состав привода не входит. Однако, авторы авторитетных учебников [1] [3] включают исполнительный орган в состав электропривода. Это противоречие объясняется тем, что при проектировании электропривода необходимо учитывать величину и характер изменения механической нагрузки на валу электродвигателя, которые определяются параметрами исполнительного органа. При невозможности реализации прямого привода электродвигатель приводит исполнительный орган в движение через кинематическую передачу. КПД, передаточное число и пульсации, вносимые кинематической передачей также учитываются при проектировании электропривода.
Содержание
Функциональная схема
Характеристики привода
Статические характеристики
Под статическими характеристиками чаще всего подразумеваются электромеханическая и механическая характеристика.
Механическая характеристика
Механическая характеристика — это зависимость угловой скорости вращения вала от электромагнитного момента M (или от момента сопротивления Mc). Механические характеристики являются очень удобным и полезным инструментом при анализе статических и динамических режимов электропривода. [1]
Электромеханическая характеристика двигателя
Электромеханическая характеристика — это зависимость угловой скорости вращения вала ω от тока I.
Динамическая характеристика
Динамическая характеристика электропривода — это зависимость между мгновенными значениями двух координат электропривода для одного и того же момента времени переходного режима работы.
Классификация электроприводов [4]
По количеству и связи исполнительных, рабочих органов.
По типу управления и задаче управления.
По характеру движения.
По наличию и характеру передаточного устройства.
По степени важности выполняемых операций.
Подбор электродвигателя
Качество работы современного электропривода во многом определяется правильным выбором используемого электрического двигателя, что в свою очередь обеспечивает продолжительную надёжную работу электропривода и высокую эффективность технологических и производственных процессов в промышленности, на транспорте, в строительстве и других областях.
При выборе электрического двигателя для привода производственного механизма руководствуются следующими рекомендациями:
Правильный выбор типа, исполнения и мощности электрического двигателя определяет не только безопасность, надёжность и экономичность работы и длительность срока службы двигателя, но и технико-экономические показатели всего электропривода в целом.
Алгоритм выбора электропривода
Электрические приводы. Виды и устройство. Применение и работа
Электропривод – электромеханическая система, служащая для привода в движение функциональных органов машин и агрегатов для выполнения определенного технологического процесса. Электрические приводы состоят из электродвигателя, устройства преобразования, управления и передачи.
Устройство
С прогрессом промышленного производства электрические приводы заняли в быту и на производстве лидирующую позицию по числу электродвигателей и общей мощности. Рассмотрим структуру, типы, классификацию электроприводов, и предъявляемые к нему требования.
1 — Передний крепеж
2 — Винтовая передача
3 — Концевой датчик
4 — Электродвигатель
5 — Зубчатая передача
6 — Задний крепеж
Функциональные компоненты
Функциональные части
Исполнительный механизм является устройством, которое смещает рабочую деталь по поступающему сигналу от управляющего механизма. Рабочими деталями могут быть шиберы, клапаны, задвижки, заслонки. Они изменяют количество поступающего вещества на объект.
Рабочие органы могут двигаться поступательно, вращательно в определенных пределах. С их участием производится воздействие на объект. Чаще всего электропривод с исполнительным механизмом состоят из электропривода, редуктора, датчиков положения и узла обратной связи.
Сегодня электрические приводы модернизируются по их снижению веса, эффективности действия, экономичности, долговечности и надежности.
Свойства привода
Классификация
Электрические приводы обычно классифицируются по различным параметрам и свойствам, присущим им. Рассмотрим основные из них.
По виду движения:
По принципу регулирования:
По виду передаточного устройства:
По виду преобразовательного устройства:
По методу передачи энергии:
По уровню автоматизации:
По роду тока:
По важности операций:
Подбор электродвигателя
Чтобы приводы производили качественную работу, необходимо правильно выбрать электрический двигатель. Это создаст условия долгой и надежной работы, а также повысит эффективность производства.
При подборе электродвигателя для привода агрегатов целесообразно следовать некоторым советам по:
Правильный подбор электродвигателя обуславливает технико-экономические свойства всего привода, его надежность и длительный срок работы.
Преимущества
Инновационные электрические приводы все автоматизированы. Системы управления приводом дают возможность рационального построения технологических процессов, увеличить производительность и эффективность труда, оптимизировать качество продукции и уменьшить ее цену.
Технические требования
К любым техническим механизмам и агрегатам предъявляются определенные требования технического плана. Не стали исключением и электроприводы. Рассмотрим основные предъявляемые к ним требования.
Надежность
В соответствии с этим требованием привод должен исполнять определенные функции и заданных условиях в течение некоторого интервала времени, с расчетной вероятностью работы без возникновения неисправностей.
При невыполнении этих требований остальные свойства оказываются бесполезными. Надежность может значительно отличаться в зависимости от характера работы. В некоторых механизмах не требуется долгого времени работы, однако отказ механизма не должен иметь место. Такой пример можно найти в военной промышленности. И другой пример, где наоборот, время службы должно быть большим, а отказ устройства вполне возможен, и не приведет к серьезным последствиям.
Точность
Это требование связано с отличием показателей от заданных. Они не могут превышать допустимые величины. Электроприводы должны обеспечивать перемещение рабочего элемента на определенный угол или за некоторое время, а также поддерживать на определенном уровне скорость, ускорение или момент вращения.
Быстродействие
Это качество привода обеспечивает быструю реакцию на разные воздействия управления. Быстродействие связано с точностью.
Качество
Такая характеристика обеспечивает качество процессов перехода, исполнение определенных закономерностей их выполнения. Качественные требования создаются вследствие особенностей работы машин с электроприводами.
Энергетическая эффективность
Любые производственные процессы преобразования и передачи имеют потери энергии. Наиболее важным это качество стало в применении электроприводов механизмов, приводах значительной мощности, долгим режимом эксплуатации. Эффективность использования энергии определяется КПД.
Совместимость
Электрические приводы должны совмещаться с работой аппаратуры, в которой они применяются, с их системой снабжения электроэнергией, информационными данными, а также с рабочими элементами. Наиболее остро стоит требование совместимости электроприводов для медицинской и бытовой техники, в радиотехнике.
Что такое электрический привод
Электрический привод (сокращённо — электропривод) — это электромеханическая система для приведения в движение исполнительных механизмов рабочих машин и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса.
Современный электропривод — это совокупность множества электромашин, аппаратов и систем управления ими. Он является основным потребителем электрической энергии (до 60 %) и главным источником механической энергии в промышленности.
Как видно из определения, исполнительный орган в состав привода не входит. Однако, авторы авторитетных учебников [2] [3] включают исполнительный орган в состав электропривода. Это противоречие объясняется тем, что при проектировании электропривода необходимо учитывать величину и характер изменения механической нагрузки на валу электродвигателя, которые определяются параметрами исполнительного органа. При невозможности реализации прямого привода электродвигатель приводит исполнительный органа в движение через кинематическую передачу. КПД, передаточное число и пульсации, вносимые кинематической передачей также учитываются при проектировании электропривода.
Функциональная схема
Функциональные части:
Характеристики привода
Под статическими характеристиками чаще всего подразумеваются электромеханическая и механическая характеристика.
Механическая характеристика — это зависимость угловой скорости вращения вала к от электромагнитного момента M (или от момента сопротивления Mc). Механические характеристики являются очень удобным и полезным инструментом при анализе статических и динамических режимов электропривода.[4]
Электромеханическая характеристика двигателя
Электромеханическая характеристика — это зависимость угловой скорости вращения вала W от тока I.
Виды электроприводов
Подбор электродвигателя
Качество работы современного электропривода во многом определяется правильным выбором используемого электрического двигателя, что в свою очередь обеспечивает продолжительную надёжную работу электропривода и высокую эффективность технологических и производственных процессов в промышленности, на транспорте, в строительстве и других областях.
При выборе электрического двигателя для привода производственного механизма руководствуются следующими рекомендациями:
Правильный выбор типа, исполнения и мощности электрического двигателя определяет не только безопасность, надёжность и экономичность работы и длительность срока службы двигателя, но и технико-экономические показатели всего электропривода в целом.
Алгоритм выбора электропривода
Принцип действия исполнительных механизмов не является ключевым фактором выбора электропривода, ключевыми в данном случае являются характеристики технологического процесса, которые должен обеспечить механизм. Этому же условию должен соответствовать и электропривод.
Например алгоритм выбора технических специалистов, обслуживающих технологические процессы, в которых исполнительным механизмом является трубопроводная арматура, будет следующим:
Следует иметь в виду, что не может быть универсального электропривода. В качестве примера, приведём средний медеплавильный цех: цех имеет несколько анодных печей, печи работают в разных режимах: загрузка, плавление, восстановление, окисление и это неполный перечень. Требуемые характеристики механизмов для этих режимов различны, на каждом процессе бывает задействована различная группа приводной арматуры. Диаметры разнятся от 200 до 900 мм, различны и подающиеся среды — мазут, газ, воздух и проч., температурные режимы так же изменяются.
С другой стороны, конструкция электропривода может быть модульной, части привода могут свободно меняться, причём блоки разных исполнений должны быть по возможности унифицированы и легко заменяться.
Для некоторых механизмов, работающих в повторно-кратковременном режиме (краны, лифты), большую часть рабочего цикла двигатель работает на естественной характеристике и только относительно небольшое время работает на регулировочной характеристике, обычно на пониженной частоте вращения. В этом случае потери электроэнергии на регулировочной характеристике сравнительно невелики, так как мало время работы на ней. Поэтому здесь можно применять простые и дешёвые способы регулирования, даже если они вызывают повышенные потери мощности в обмотках.
Основными типами электродвигателей, которые используются для привода производственных механизмов с регулируемой скоростью движения рабочего органа, являются двигатели постоянного тока и асинхронные с короткозамкнутым или фазным ротором. Наиболее просто требуемые искусственные характеристики получаются у двигателей постоянного тока, поэтому до недавнего времени они преимущественно и находили применение для регулируемых электроприводов. С другой стороны, асинхронные двигатели, уступая двигателям постоянного тока по возможностям регулирования частоты вращения, по сравнению с последними проще в изготовлении и эксплуатации и имеют относительно меньшие массу, размеры и стоимость. Именно эти отличительные свойства асинхронных двигателей определили их главенствующее использование в промышленном нерегулируемом электроприводе. [5] В настоящее время двигатели постоянного тока вытесняются асинхронными двигателями с преобразователями частоты, основными производителями которых являются ABB, Schneider, Siemens, Lenze. Число выпускаемых двигателей постоянного тока составляет лишь 4-5 % числа двигателей переменного тока.
Современные российские производители и поставщики электроприводов
Проблема регулирования скорости движения машин и механизмов с целью экономии электроэнергии решалась в последние десятилетия в основном с помощью регулируемых электроприводов. Причём, если ещё в 70-80-х годах преобладающими были регулируемые электроприводы постоянного тока, то в настоящее время они повсеместно вытесняются регулируемыми электроприводами переменного тока, как правило, с асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором. Объясняется это достижениями микроэлектроники, позволяющими реализовать небольшими аппаратными затратами довольно сложные алгоритмы управления электродвигателем переменного тока, который в общем случае предпочтительнее двигателя постоянного тока по надёжности, массе, габаритам и стоимости.
Некоторые из производителей в России и СНГ: